王惟依

【摘 要】目前我國電廠由汽輪機(jī)效率和鍋爐效率構(gòu)成電廠的熱效率，一些能量會(huì)從鍋爐排放出的煙氣中損失，另一些能量會(huì)從凝汽器的循環(huán)水中損失。本文對(duì)熱電廠凝汽器循環(huán)冷卻水常規(guī)余熱利用供熱技術(shù)。對(duì)吸收式熱泵機(jī)組與吸收式換熱機(jī)組聯(lián)合供熱方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】熱電廠；凝汽器；冷卻水；吸收式熱泵；吸收式換熱機(jī)組

隨著城市規(guī)模的迅猛擴(kuò)張，我國很多地方出現(xiàn)了集中熱源不足的問題，因供熱造成的城市環(huán)境與經(jīng)濟(jì)承載力問題也日益凸現(xiàn)。然而，大容量、高參數(shù)供熱機(jī)組所產(chǎn)生的大量低壓缸排汽余熱目前基本上沒有得到利用，而是通過循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排放到了環(huán)境中。

一、電廠循環(huán)水余熱利用技術(shù)分析

1.熱泵回收余熱技術(shù)。分布式電動(dòng)熱泵供熱方式能夠根據(jù)不同熱力站供熱參數(shù)做出合理的熱泵機(jī)組選擇，這種熱泵技術(shù)在布設(shè)專門的循環(huán)水管道時(shí)，由于循環(huán)水和供回水存在的溫差限制，會(huì)產(chǎn)生巨大的管道投資，在輸送泵方面產(chǎn)生的能耗也很高，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離的輸送，只能在電廠周邊很小的范圍內(nèi)進(jìn)行供熱。利用集中式熱泵技術(shù)進(jìn)行供熱時(shí)，需要把電動(dòng)熱泵機(jī)組設(shè)置在電廠內(nèi)，采用集中設(shè)置的方式，把凝汽器部分循環(huán)水導(dǎo)人蒸發(fā)器，把這部分循環(huán)水當(dāng)成低位的熱源，進(jìn)行放熱降溫后進(jìn)行汽輪機(jī)的加熱工序，形成一次循環(huán)。把7 0℃的一次網(wǎng)水加熱到9 0℃，再通過汽水換熱器加熱到1 30℃，最后進(jìn)行人們生活熱水、供熱的供應(yīng)。熱泵集中擺放，把回收的余熱導(dǎo)人城市熱網(wǎng)，沒有了循環(huán)水管的建設(shè)工序，會(huì)節(jié)省大量的資金投人和時(shí)間成本；由于熱網(wǎng)回水具有很高的溫度，熱泵的制熱溫度也很高，會(huì)降低一部分能效。在采用集中吸收熱泵進(jìn)行供熱時(shí)，考慮到和集中電動(dòng)泵供熱方法大致相同，可以通過汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)熱泵進(jìn)行循環(huán)水余熱的吸收，借此來提高電廠供熱能力。

2.低真空運(yùn)行技術(shù)。保持機(jī)組的排氣壓力低于設(shè)計(jì)值，直接供給用戶4 0℃左右的循環(huán)水，當(dāng)凝汽器的排熱負(fù)荷多于用戶的熱負(fù)荷時(shí)，利用循環(huán)冷卻水把多余熱量導(dǎo)人環(huán)境中，保持熱點(diǎn)負(fù)荷能夠做到獨(dú)立調(diào)節(jié)。汽輪機(jī)釋放的潛熱也可以用于供熱，這時(shí)能夠保持熱功率最高。低真空環(huán)境下進(jìn)行低溫供熱不會(huì)造成機(jī)組的不正常運(yùn)行，在發(fā)電功率方面也不會(huì)受到用戶熱負(fù)荷影響，這種供熱方式額可以被用于大容量的機(jī)組中，也可以用于中小號(hào)容量的機(jī)組中。但這種供熱方式也有兩點(diǎn)不足，一是能夠利用的溫差一定，一般在1 0℃以下，這種大流量、小溫差就會(huì)增大在輸送方面的能量消耗；二是供熱的溫度不高，用于散熱末端不合適。這兩點(diǎn)不足就會(huì)影響到熱負(fù)荷，熱負(fù)荷不大時(shí)，循環(huán)水熱量得不到充分利用，系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性、綜合性就會(huì)有影響。

3.汽輪機(jī)真空運(yùn)行技術(shù)。凝汽式的汽輪機(jī)通過低真空改造后進(jìn)行供熱，凝汽器變成整個(gè)供熱系統(tǒng)的加熱器，原來循環(huán)冷卻水做供暖熱媒用，通過熱網(wǎng)系統(tǒng)的閉式循環(huán)，把汽輪機(jī)凝氣的潛熱充分利用。需要有更高供熱溫度時(shí)，從尖峰加熱器里二次加熱。雖然低壓缸提高了真空度，但相同進(jìn)氣量和純凝工況比，發(fā)電量降低，汽輪機(jī)的內(nèi)效率也降低了，熱力循環(huán)的冷源損失減少后，系統(tǒng)的熱效率從整體上會(huì)有所提高。

4.傳統(tǒng)低真空供熱技術(shù)。一般情況下，用戶使用的末端散熱器需要很高的水體溫度，低于真空環(huán)境下運(yùn)行汽輪機(jī)，排汽壓力增加為5.OxI 000 O P a，凝汽器加熱的熱網(wǎng)水到7 0℃。我國電廠傳統(tǒng)的低真空供熱技術(shù)有2個(gè)限制條件：一是傳統(tǒng)低真空機(jī)組同背壓式機(jī)組相似，蒸汽量的多少取決于熱負(fù)荷的多少，不能獨(dú)立調(diào)節(jié)進(jìn)行，它的運(yùn)行模式是“以熱定電”，在熱負(fù)荷很穩(wěn)定的系統(tǒng)上比較適用；二是對(duì)凝汽式機(jī)輪進(jìn)行改造，在低真空運(yùn)行環(huán)境下的少數(shù)中型機(jī)組以及小型的機(jī)組，經(jīng)過計(jì)算變工況，嚴(yán)格校核和改動(dòng)末級(jí)葉輪改造、對(duì)軸向推力的改變、排汽缸結(jié)構(gòu)這些方面，后再實(shí)行，這不允許出現(xiàn)在現(xiàn)代化的大型機(jī)組中，特別是中間再熱式的汽輪機(jī)組。過高的凝汽壓力會(huì)使機(jī)組出口蒸汽溫度偏高，造成機(jī)組的劇烈振動(dòng)，從而影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

二、新型技術(shù)

1.系統(tǒng)流程。吸收式熱泵機(jī)組與吸收式換熱機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行的系統(tǒng)流程見圖1。在熱電廠安裝的多級(jí)吸收式熱泵機(jī)組以抽凝式汽輪機(jī)抽汽作為高溫?zé)嵩?，凝汽器循環(huán)冷卻水作為低溫?zé)嵩?，逐?jí)加熱一級(jí)管網(wǎng)回水。吸收式換熱機(jī)組由熱水型吸收式熱泵、板式換熱器構(gòu)成，替代常規(guī)水-水換熱器，在不改變二級(jí)管網(wǎng)供回水溫度的前提下，可將一級(jí)管網(wǎng)回水溫度由70℃降至25℃左右。一級(jí)管網(wǎng)供回水溫差增大，降低了循環(huán)泵能耗及管網(wǎng)造價(jià)。二級(jí)管網(wǎng)回水一部分進(jìn)入吸收式換熱機(jī)組中的吸收式熱泵，溫度由50℃升至65℃，另一部分進(jìn)入板式換熱器與吸收式熱泵發(fā)生器出水換熱后溫度升至80℃。兩部分混合后溫度為70℃，作為二級(jí)管網(wǎng)供水。

對(duì)于熱電廠一側(cè)，25℃的一級(jí)管網(wǎng)回水經(jīng)換熱器與凝汽器冷卻水換熱后溫度升至30℃，被3臺(tái)吸收式熱泵機(jī)組逐級(jí)加熱至90℃：第一級(jí)，雙效吸收式熱泵機(jī)組將熱水溫度加熱至50℃左右；第二級(jí)，單效吸收式熱泵機(jī)組將熱水溫度加熱至65℃左右；第三級(jí)，由于此時(shí)熱水溫度較高，因此需采用高溫型吸收式熱泵機(jī)組將熱水加熱至90℃。最后，經(jīng)汽-水換熱器與抽凝式汽輪機(jī)抽汽換熱后溫度升至130℃作為一級(jí)管網(wǎng)供水。初末寒期可采用吸收式熱泵機(jī)組單獨(dú)供熱，汽-水換熱器不啟動(dòng)，當(dāng)熱泵機(jī)組出水溫度不能滿足要求時(shí)，啟動(dòng)汽-水換熱器對(duì)吸收式熱泵機(jī)組出水進(jìn)行加熱。

2.技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。一般大容量熱電廠采用低壓缸進(jìn)汽前的抽汽作為加熱一級(jí)管網(wǎng)回水的熱源，抽汽壓力范圍為0.3～1.0 MPa。傳統(tǒng)熱電聯(lián)供方式的一級(jí)管網(wǎng)回水由70℃加熱至130℃，溫升較大，受汽輪機(jī)安全條件的限制，一般不會(huì)采用在低壓缸實(shí)施多級(jí)抽汽。這就造成汽-水換熱的溫差很大，相應(yīng)的不可逆損失也很大。為此，對(duì)一級(jí)管網(wǎng)回水的加熱，引入吸收式熱泵技術(shù)，采用分階段梯級(jí)加熱的方式逐級(jí)提高熱水溫度，提高了熱電廠能源利用效率。聯(lián)合供熱方式的應(yīng)用一方面需要增加設(shè)備投資，但另一方面也因此減少熱網(wǎng)投資。傳統(tǒng)熱電聯(lián)供方式的一級(jí)管網(wǎng)供回水溫度為130、70℃，聯(lián)合供熱方式為130、25℃，當(dāng)供熱負(fù)荷相同時(shí)，綜合考慮回水溫度降低帶來的一級(jí)管網(wǎng)流量下降、回水管道保溫和補(bǔ)償要求下降等因素，保守測算聯(lián)合供熱方式的一級(jí)管網(wǎng)造價(jià)為傳統(tǒng)熱電聯(lián)供方式的70%左右。

吸收式熱泵機(jī)組與吸收式換熱機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行技術(shù)，相當(dāng)于在不增加電廠容量情況下，擴(kuò)大其供熱能力，提高能源利用率，減少冷卻水蒸發(fā)量，節(jié)省水資源，減少熱污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境效益。具有顯著的節(jié)能減排效果，符合國家節(jié)能減排的政策。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳燕.電廠循環(huán)水供熱技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].區(qū)域供熱，2017，4：4～7.

[2]楊瑞.凝汽機(jī)組低真空循環(huán)水供暖調(diào)節(jié)方法的研究[J].煤氣與熱力，2017，15（3）：39～45.

（作者單位：中國華電丹東金山熱電有限公司）